1 安全電源的現(xiàn)狀 核電廠的安全電源是給反應(yīng)堆專設(shè)安全設(shè)施等1E級(jí)負(fù)荷供電，為停堆、安全殼隔離、堆芯冷卻、安全殼和反應(yīng)堆熱量導(dǎo)出以及防止放射性物質(zhì)泄漏的系統(tǒng)設(shè)備提供所需的電力。安全電源是非常重要的電源，要求它非常可靠。運(yùn)行安全技術(shù)規(guī)格書對(duì)其運(yùn)行作了嚴(yán)格的規(guī)定，如：交流電源中有一路廠外電和一套柴油發(fā)電機(jī)組不可運(yùn)行時(shí)，在1小時(shí)內(nèi)執(zhí)行監(jiān)測(cè)要求(檢查斷路器控制回路狀態(tài)指示等)以證實(shí)剩余的交流電源的可運(yùn)行性，并且以后每8小時(shí)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證一次;須在12小時(shí)內(nèi)至少使不可運(yùn)行的電源中的一個(gè)恢復(fù)到可運(yùn)行狀態(tài)，否則在此后的6小時(shí)內(nèi)至少處于中間停堆A階段并且在隨后的30小時(shí)內(nèi)降到冷停堆狀態(tài)。
秦山核電廠的安全電源由6 kV安全I(xiàn)、II段和380 V安全I(xiàn)-IV段組成，它們的上級(jí)電源有3個(gè)(如圖1)：第一電源，啟/備變，220 kV秦石2271線路經(jīng)啟/備變給6 kV公用段供電，由6 kV公用段再給安全段供電;
第二電源，高壓廠變，220 kV秦雙2424線路、220 kV秦躍2428線路、本廠發(fā)電機(jī)經(jīng)高壓廠變供6 kV工作段，6 kV工作段供6 kV公用段，再供6 kV安全段;第三電源(應(yīng)急電源)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，1號(hào)、3號(hào)柴油發(fā)電機(jī)分別供6 kV安全I(xiàn)、II段，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)通過切換可給6 kV安全I(xiàn)、II段供電。其安全電源供電順序?yàn)椋赫＿\(yùn)行由第一電源供電;當(dāng)?shù)谝浑娫床豢捎脮r(shí)，通過6 kV工作段和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，把6 kV公用段自動(dòng)切換到6 kV工作段供電，即轉(zhuǎn)到第二電源供電;當(dāng)?shù)诙娫匆餐瑫r(shí)不可用時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，自動(dòng)合閘到6 kV安全母線，按程序自動(dòng)帶載。 由于安全電源設(shè)置了3道電源，具有足夠的獨(dú)立性、多重性和可試驗(yàn)性，相互之間切換邏輯清楚，比較可靠，運(yùn)行十多年來，在反應(yīng)堆運(yùn)行期間還未發(fā)生過安全電源全部喪失的事故。但也發(fā)生過第一、第二電源喪失，第三電源(應(yīng)急電源)啟動(dòng)的事件，說明我廠的安全電源存在著薄弱環(huán)節(jié)。 3個(gè)電源中應(yīng)急電源的級(jí)別最高，是1E級(jí)，其他兩個(gè)電源是非1E級(jí)，在電網(wǎng)事故或其他事故中，第一、第二電源有可能失去，在此時(shí)應(yīng)急電源是反應(yīng)堆停堆后能繼續(xù)得到冷卻的最后保證，所以應(yīng)急電源必須保證非常高的可靠性，在核電廠的生產(chǎn)活動(dòng)中諸如運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)、設(shè)備管理、更新改造等要特別關(guān)注，要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范書的要求進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。但是我們也不能輕視其他兩個(gè)電源，只有提高了這兩個(gè)電源的可靠性，才能減輕應(yīng)急電源的壓力，才能從整體上確保核電廠安全。另從經(jīng)濟(jì)性來考慮，第一、第二電源可靠性不高，后果是停堆停機(jī)次數(shù)的增加，所以在生產(chǎn)活動(dòng)中也要對(duì)它們予以高度重視。本文根據(jù)秦山核電廠的實(shí)際狀況，對(duì)3個(gè)電源進(jìn)行分析，從更新改造的角度提出一些對(duì)策。
2 第一電源的可靠性分析和對(duì)策 第一電源是220 kV秦石2271線路、啟/備變和6 kV公用段，2271線路從上海金山石化西區(qū)變電站引接，經(jīng)57 km的架空線路接入我廠。由于實(shí)體隔離的需要，220 kV母聯(lián)開關(guān)斷開運(yùn)行，所以此路電源是單線路單變壓器運(yùn)行，無論從理論分析和實(shí)際情況，這種供電方式是最不可靠的一種方式。特別是57 km的架空線路，可靠性最低，運(yùn)行以來，曾發(fā)生過一起大霧絕緣子污閃跳閘、一起雷擊線路跳閘、一起對(duì)側(cè)開關(guān)故障緊急檢修而停運(yùn)。啟/備變和6 kV公用段由于在廠內(nèi)，故障停運(yùn)率較低，事故有：安裝施工時(shí)啟/備變差動(dòng)保護(hù)接線錯(cuò)誤，在區(qū)外短路時(shí)誤跳變壓器;6 kV公用段和安全段發(fā)生諧振，電壓互感器一次熔絲熔斷，低電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘，針對(duì)這兩起事件已采取措施。 所以要提高第一電源的可靠性，主要是提高220 kV電源的可靠性。可能的改造方案有兩個(gè)。
方案一：把2271線路就近改接到浙江電網(wǎng)(南湖變電所或嘉興發(fā)電廠)，架空線路的距離可減少一半，遭雷擊等故障的可能性減小，線路本身的可靠性增加。投資也不大，原架空線路在南湖變電所和嘉興發(fā)電廠之間穿過，大部分原線路還可利用，需要增加一臺(tái)開關(guān)和相應(yīng)的保護(hù)。從電源可靠性分析，原從上海電網(wǎng)引接安全電源，考慮到當(dāng)時(shí)浙江北部電網(wǎng)相對(duì)比較弱，220 kV變電所少，沒有發(fā)電廠，安全電源需要獨(dú)立可靠，所以從上海接。但近幾年浙北電網(wǎng)大大加強(qiáng)了，秦山周圍增加了220 kV躍新變電所，嘉興電廠、秦山二期、三期相繼投入運(yùn)行，550 kV王店變電所也投入運(yùn)行，浙北電網(wǎng)全網(wǎng)失電可能性幾乎沒有，所以可以從南湖變電所或嘉興發(fā)電廠引接安全電源。這樣，浙北電網(wǎng)非常可靠，新線路比原線路可靠，因此，整體可靠性就提高了。
方案二：可在方案一的基礎(chǔ)上，從秦山三期接一路220 kV電源，實(shí)現(xiàn)兩路電源并聯(lián)運(yùn)行(如圖2)，克服單電源的缺點(diǎn)。秦山三期距離我廠1 km，所以線路投資少，再增加兩臺(tái)開關(guān)和一套保護(hù)，投資也不大。此方案使一、二、三期安全電源相互備用，因?yàn)槎⑷诘膯?dòng)/備用電源也是單電源結(jié)構(gòu)(從220 kV躍新變接)，可大大增加一、二、三期安全電源可靠性。但此方案要在方案一的基礎(chǔ)上才成立，因?yàn)樯虾！⒄憬娋W(wǎng)220 kV開環(huán)運(yùn)行，不允許并列運(yùn)行。如果我們接在上海電網(wǎng)，即使把三期的220 kV拉過來，但不能并聯(lián)運(yùn)行，就起不到增加可靠性的作用。
3 第二電源的可靠性分析和對(duì)策 我廠安全電源的第二電源為：高壓廠變和6 kV工作段。正常運(yùn)行時(shí)啟/備變帶6 kV公用段運(yùn)行，高壓廠變帶6 kV工作段運(yùn)行，6 kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，當(dāng)啟/備變失電時(shí)，6 kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動(dòng)合上，由6 kV工作段向公用段供電。對(duì)安全電源實(shí)現(xiàn)了從第一電源到第二電源的切換。 高壓廠變上級(jí)有3個(gè)電源(2424線路、2428線路、發(fā)電機(jī))，失電的可能性較小，變壓器本身和6 kV工作段配電裝置也比較可靠，第二電源的最薄弱點(diǎn)在自動(dòng)切換上。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，我廠采用的是慢速切換，切換時(shí)間2.2 s，當(dāng)啟/備變失電時(shí)，低電壓保護(hù)0.5 s跳開負(fù)荷，應(yīng)急柴油機(jī)0.5 s啟動(dòng)，對(duì)正常運(yùn)行的電廠是一個(gè)很大的擾動(dòng)，電源切換成功后，跳開的負(fù)荷需手動(dòng)恢復(fù)。發(fā)生這種情況，設(shè)計(jì)上是不停堆的，但由于電廠瞬間受到很大的擾動(dòng)，運(yùn)行人員如果應(yīng)對(duì)失誤，還是有可能停堆的。1997年8月大臺(tái)風(fēng)時(shí)，發(fā)生此種情況，由于惡劣的天氣，壓空負(fù)荷和水廠負(fù)荷跳開后未能及時(shí)送電造成停堆。所以慢速切換是最大的不可靠點(diǎn)，即使切換成功，還會(huì)對(duì)電廠的安全性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生很大的影響。 目前廠用電源快速切換裝置技術(shù)已成熟，在發(fā)電廠、變電所廣泛運(yùn)用，巴基斯坦恰希瑪核電廠也采用了快速切換裝置。所以要提高第二電源的可靠性，首先要把慢速切換改為快速切換，現(xiàn)在的快速切換裝置可在幾十毫秒內(nèi)完成切換，如果發(fā)生啟/備變失電，6 kV公用段、安全段可在幾十毫秒內(nèi)恢復(fù)供電，低電壓保護(hù)來不及動(dòng)作，柴油機(jī)也來不及啟動(dòng)，切換過程對(duì)電廠沒有任何擾動(dòng)，可大大提高電廠的安全性和可靠性。 有了快速切換裝置，我們就有更全面更好的改造方案。前面已分析了220 kV秦石2271線路失電可能性高，改造要投資、要和各方協(xié)調(diào)，我廠暫時(shí)無計(jì)劃。秦石2271線路失電后，由快速切換裝置無擾動(dòng)切換以彌補(bǔ)，但如果切換不成功，就得啟動(dòng)應(yīng)急電源。能不能盡量少地啟動(dòng)切換?把第一和第二電源調(diào)換一下，就可解決此問題。如圖3，正常運(yùn)行6 kV工作、公用段聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，啟/備變6 kV側(cè)開關(guān)斷開熱備用，高壓廠變帶電廠所有的負(fù)荷，這樣高壓廠變成為安全電源的第一電源，啟/備變空充熱備用作為第二電源;當(dāng)高壓廠變失電時(shí)，把安全電源(或全部電源)快速切換到啟/備變運(yùn)行;啟/備變失電，對(duì)電廠無任何擾動(dòng)，盡快恢復(fù)即可;高壓廠變和啟/備變同時(shí)失電再啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。由于高壓廠變比啟/備變可靠，所以自動(dòng)切換的次數(shù)大大減少。此改造方案不需對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行投資，只在二次系統(tǒng)設(shè)備上進(jìn)行改造，具有投資省、見效快的優(yōu)點(diǎn)，是我們目前提高安全電源可靠性的首選方案。
4 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的可靠性分析和改進(jìn) 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為最后的應(yīng)急電源，當(dāng)6 kV安全段失電后立即啟動(dòng)，在12 s內(nèi)達(dá)到額定電壓和額定頻率，如果6 kV安全段在失電4 s內(nèi)還未恢復(fù)供電，則柴油發(fā)電機(jī)根據(jù)程序自動(dòng)合到安全母線上，自動(dòng)帶載。整個(gè)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(包括自動(dòng)帶載程序)是一個(gè)機(jī)電儀一體的綜合系統(tǒng)，影響它的可靠性因素太多。單從電氣系統(tǒng)來分析，有發(fā)電機(jī)本體、啟動(dòng)控制回路、啟動(dòng)蓄電池、啟動(dòng)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、出口開關(guān)及控制回路、繼電保護(hù)系統(tǒng)等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出故障就影響其可靠性，要保證其高的可靠性，確實(shí)需要電廠各部門加倍努力。 我廠柴油發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行以來為提高可靠性作了不少的變更，分述如下： -增加安全段與公用段的同期裝置：原安全段與公用段之間沒有同期裝置，公用段失電，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)帶載穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)公用段恢復(fù)供電，想把安全段也恢復(fù)到公用段供電時(shí)，由于二者之間沒有同期裝置，只能停柴油機(jī)，再恢復(fù)安全段，造成安全段第二次失電。所以在安全段與公用段之間增加了同期裝置，避免此情況的發(fā)生。
-增加控制電源報(bào)警：原設(shè)計(jì)中機(jī)房內(nèi)的控制電源(如：啟動(dòng)控制電源、勵(lì)磁控制電源、儀表電源等)只在就地機(jī)房內(nèi)設(shè)置失電報(bào)警，在主控室沒有報(bào)警。就地機(jī)房又沒有24小時(shí)值班，就會(huì)發(fā)生控制電源失去、柴油機(jī)不可利用而無人發(fā)現(xiàn)的情況。所以增加控制電源報(bào)警到主控室，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制電源失去的缺陷。
-增加出口開關(guān)不可利用信號(hào)：柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正常投入熱備用時(shí)，其出口開關(guān)也投入熱備用，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)急合閘。但如果此時(shí)開關(guān)不在正確的位置，需要應(yīng)急備用時(shí)開關(guān)就不能合閘，所以增加在熱備用狀態(tài)下開關(guān)不可利用的信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)
